Wstęp

W niniejszej pracy przedstawiono zastosowanie komputera do symulacji układów automatycznej regulacji. Metoda symulacji układów automatyki pozwala na szybkie zapoznanie się z funkcjonowaniem obiektów i układów automatyki bez ryzyka ich uszkodzenia, jak również rozpoznania symptomów uszkodzeń, które można generować wcześniej, niż wstępują one w rzeczywistości.

Przedstawione w pracy oprogramowanie Matlab (Matrix Laborator) zostało opracowane i wykonane przez firmę Math Works. Jest ono środowiskiem programowym do wykonywania obliczeń naukowych i inżynierskich oraz wizualizacji danych, sterowane językiem programowania wysokiego poziomu. Program Matlab składa się ze standardowych i specjalizowanych pakietów (toolboxes), ułatwiającym użytkownikom przeprowadzenie obliczeń różnego typu. Zakres zastosowań pakietu obejmuje różne dziedziny nauki i techniki, w tym telekomunikację, elektronikę, automatykę, mechanikę i wiele innych. Właściwości interakcyjne pozwalają użytkownikowi na swobodną obróbkę danych zapisanych w postaci macierzy z elementami rzeczywistymi lub zespolonymi i ich wizualizację. Dane wejściowe do Matlab mogą być wprowadzane w postaci linii komend lub z M - pliku zawierającego zbiór instrukcji programowych, które wykonywane są przez program Matlab.

Niewątpliwym uzupełnieniem Matlaba, ważnym szczególnie z punktu widzenia automatyki, jest biblioteka pod nazwą Simulink, która służy do analizy i syntezy ciągłych, dyskretnych i dyskretno-ciągłych układów dynamicznych. Simulink jest środowiskiem graficznym, w którym symulację systemów dynamicznych wykonuje się w oparciu o schemat blokowy budowany z wykorzystaniem bloków bibliotecznych.

Do zalet pakietu Simulink można zaliczyć:

• łatwość konstruowania schematu blokowego
• dostępność złożonych funkcji matematycznych
• czytelność dużych schematów blokowych, dzięki możliwości grupowania i maskowania
• bogata firmowa biblioteka różnorodnych programów specjalistycznych (sterowanie, statystyka, itp.)
• zalety dydaktyczne (możliwość koncentrowania uwagi słuchaczy na istocie zagadnienia, a nie problemach drugorzędnych)
• łatwość analizy i porównywania otrzymanych wykresów przy różnych wartościach argumentów

Spis treści

Wstęp

1. Grafika w Matlabie

   1. Podstawy wykresów

   2. Zbiór kilku danych na jednym wykresie

   3. Określanie rodzajów linii i kolorów

   4. Wyświetlanie linii i znaczników

   5. Część urojona i dane zespolone

   6. Dodawanie linii do istniejącego wykresu

   7. Okna graficzne

   8. Kilka wykresów na jednym rysunku

   9. Sterowanie osiami

2. Zasady pracy w Simulink'u

3. Menu okna modelu Simulink'a

4. Obsługa bloków Simulink'a

   1. Symulacja rozwiązania w dziedzinie czasu

5. Ćwiczenie 1
   Modelowanie liniowych układów regulacji automatycznej, wyznaczanie charakterystyk czasowych

   1. Opis liniowych członów dynamicznych

   2. Podstawowe człony

      1. Człon proporcjonalny

      2. Człon inercyjny I rzędu

      3. Człon różniczkujący rzeczywisty

      4. Człon całkujący z inercją

      5. Człon całkujący idealny

      6. Człon oscylacyjny

   3. Przebieg ćwiczenia

6. Ćwiczenie 2
   Modelowanie liniowych członów regulacji automatycznej, wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych

   1. Transmisja widmowa

   2. Charakterystyk częstotliwościowe podstawowych elementów automatyki

      1. Człon proporcjonalny

      2. Człon inercyjny I rzędu

      3. Człon całkujący idealny

      4. Człon całkujący z inercją

      5. Człon różniczkujący idealny

      6. Człon różniczkujący rzeczywisty

      7. Człon oscylacyjny

   3. Przebieg ćwiczenia

7. Ćwiczenie 3
   Modelowanie układów regulacji opisanych równaniem różniczkowym

   1. Zasady modelowania równań różniczkowych

   2. Przekształcanie transmisji operatorowej na równanie różniczkowe

   3. Przebieg ćwiczenia

8. Ćwiczenie 4
   Regulatory przemysłowe

   1. Właściwości dynamiczne regulatorów

      1. Regulator proporcjonalny P

      2. Regulator proporcjonalno-całkujący PI

      3. Regulator proporcjonalno-różniczkujący PD

      4. Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID

   2. Przebieg ćwiczenia

9. Ćwiczenie 5
   Dobór nastaw regulatorów

   1. Właściwości dynamiczne obiektu regulacji i ich identyfikacja

   2. Metoda doboru nastaw regulatorów

   3. Metody Ziglera-Nicholsa

   4. Przebieg ćwiczenia

10. Ćwiczenie 6
    Symulacja badania sterowalności i obserwowalności układów dynamicznych

    1. Sterowalność i obserwowalność

    2. Rachunek macierzowy (Matlab)

       1. Polecenia: sum, transpose, diag

       2. Wyrażenia Matlab'a

       3. Generowanie macierzy

       4. Usuwanie wierszy i kolumn

       5. Funkcje wspomagające konstruowanie macierzy

       6. Algebra liniowa

    3. Przebieg ćwiczenia

11. Ćwiczenie 7
    Modelowanie układów logicznych

    1. Podstawowe funktory układów kombinacyjnych

    2. Realizacja układów kombinacyjnych przy użyciu bramek

    3. Synteza cyfrowa układów kombinacyjnych

    4. Przebieg ćwiczenia

12. Literatura